齐纳二极管的工作原理，如何制作齐纳二极管稳压器？

什么是齐纳二极管？

齐纳二极管是一种常用于稳压器和整形波形的二极管。

它的符号是一个指向弯曲线的箭头。实际上有三种不同的方法可以在原理图中绘制齐纳二极管符号：

绘制齐纳二极管符号的三种方法

普通二极管只允许电流在正向偏置（电流从阳极流向阴极）时流过电路，而齐纳二极管在反向偏置（电流朝相反方向流）时也工作。

使用标准二极管时，如果将其反向放置，则不会有电流流动。

至少，看起来是这样。但实际上，如果你反向施加足够的电压，电流就会开始流动。

该电压称为二极管的击穿电压。

例如，整流二极管1N4001的击穿电压为50V。

齐纳二极管与标准PN结二极管基本相同。但是，它专门设计用于反向偏置，具有低且指定的反向击穿电压。

那么，为什么这很有趣呢？

因为您不限于0.7V的标准正向电压。您可以将击穿电压设计为例如 3.3V 或 12V – 或许多其他电压。制造商称之为齐纳电压（Vz）。

这意味着齐纳二极管可以充当稳压器，因为它将各端子的击穿电压保持在几乎恒定的值。

如何制作齐纳二极管稳压器

使用齐纳器可以轻松制作稳压器：只需添加一个电阻器！

以下是它的工作原理：

当在电阻和齐纳二极管两端施加电压（必须高于齐纳电压）时，二极管开始反向导通，并将两端的压降保持在3.3V的恒定值。

其余电压在电阻两端压降。这意味着电阻器充当限流电阻器，因此您可以使用欧姆定律轻松计算电流。

电阻（RS） 限制可以流过电路的最大电流。如果没有负载连接到电路，则所有电流都流过齐纳二极管，导致其耗散其最大功率。

电阻R值较小S为您提供更高的最大电流。但与此同时，您必须确保不超过齐纳的最大额定功率。因此，选择合适的串联电阻值非常重要。

示例：为12V至3.3V稳压器选择电阻器

在本例中，您将使用可以处理高达2W功率的齐纳二极管。电阻器的合适值是多少（RS）？

齐纳波浪整形

在前面的示例中，您了解了齐纳如何与直流电源配合使用。但是，当它与交流电源一起使用时会发生什么？它将如何对不断变化的信号（如音频信号）做出反应？

查看以下电路：

在上图中，齐纳二极管的V形Z5V，因此如果波形超过此限制，二极管将“削断”输入端的多余电压，从而产生顶部平坦的波形，保持5V的恒定输出。

正向偏置时，齐纳二极管的行为类似于常规二极管。因此，当波形达到低于0.7V的负值时，齐纳二极管的作用类似于典型的整流二极管，导致输出削波为-0.7V。

齐纳二极管示例：失真吉他踏板

二极管削波和箝位电路可以对波形进行整形，以产生具有不同形状的输出波形。限波电路削掉交流信号的正极或负极部分，这就是为什么它们通常用作波形整形电路的原因。

当您切断音频信号的顶部时，它听起来会失真。这正是您想要的失真吉他踏板！

但是电吉他的输出信号不够高，无法被削波。因此，为了剪辑它，您必须先放大它。这是一个基本的吉他失真踏板电路，它使用齐纳二极管来扭曲声音：

因此，如果构建高于输出波形的电路将在V处削波Z电压加0.7V，这是另一个二极管的正向压降。

齐纳二极管特性（I-V 图）

齐纳二极管的I-V特性曲线如上图所示。通过研究该图，可以清楚地了解为什么齐纳二极管用于反向偏置。

通过观察齐纳二极管的行为，您可以注意到，随着反向电压的升高，反向电流也会逐渐增加，直到达到齐纳拐电流，IZ（分钟）。此时，击穿效应开始，齐纳阻抗（ZZ），即二极管的内阻，随着反向电流的增加而开始迅速减小。

一般来说，齐纳的击穿电压（VZ） 相当恒定，尽管它随着齐纳电流的增加而略有增加（IZ）.VZ通常设置为齐纳电流的值，称为IZ（分钟）。

齐纳二极管能够在其击穿区域保持几乎恒定的电压，使其即使在最简单的稳压器应用中也适合调节电压。

稳压器的主要作用是向并联的负载提供稳定的输出电压。即使电源电压有纹波或负载电流变化，也是如此。齐纳二极管可以保持恒定的电压输出，只要其反向击穿区域保持电流不低于IZ（分钟）。